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目前,我國污泥年產(chǎn)量已突破6000萬噸(以含水率80%計),“十一五”和“十二五”期間,圍繞“穩(wěn)定化、減量化、無害化、資源化”的基本原則,我國污泥處理處置已取得了階段性進(jìn)展和成果,實現(xiàn)了從無到有、從點到面的突破.但污泥處理處置主流技術(shù)路線的全鏈條集成仍存在制約性問題.現(xiàn)介紹“厭氧消化/好氧發(fā)酵+土地利用”、“干化焚燒+灰渣填埋或建材利用”作為主流技術(shù)路線的發(fā)展現(xiàn)狀,分析總結(jié)其全鏈條推廣瓶頸,并展望污泥處理處置技術(shù)領(lǐng)域的后續(xù)發(fā)展方向.
0引言
隨著我國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，污水處理設(shè)施建設(shè)得到了高速發(fā)展。根據(jù)國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的統(tǒng)計：2017年，我國城市(包括縣城)污水處理廠共有3781座，年處理污水量537.5億m3，干污泥產(chǎn)量已高達(dá)1209.7萬t，折合含水率80%的脫水污泥6048萬t。為了解決我國污泥安全處理處置問題，我國自“十一五”以來加大了科技投入，在一些關(guān)鍵技術(shù)上(如厭氧消化、好氧發(fā)酵、污泥干化、焚燒及二次污染控制等)取得了一系列的突破?！笆濉逼陂g，污泥處理處置成為節(jié)能減排工作的重點，污泥處理處置及資源化技術(shù)和裝備得到了快速發(fā)展，符合我國國情的污泥處理處置技術(shù)體系和政策標(biāo)準(zhǔn)體系初具雛形。經(jīng)過實踐和反復(fù)論證，形成了污泥穩(wěn)定化處理與安全處置的幾條技術(shù)路線：“厭氧消化/好氧發(fā)酵+土地利用”、“干化焚燒+灰渣填埋或建材利用”，以及階段性和應(yīng)急技術(shù)路線“深度脫水+填埋”?？梢哉f，“十一五”和“十二五”期間，我國污泥處理處置實現(xiàn)了從無到有、從點到面的突破，為技術(shù)體系的完善奠定了基礎(chǔ)。盡管取得了階段性進(jìn)展和成果，但對照“水十條”及國家“十三五”對污泥處理處置提出的要求，我國目前的污泥安全處理處置仍任重而道遠(yuǎn)。從“厭氧消化/好氧發(fā)酵+土地利用”、“干化焚燒+灰渣填埋或建材利用”兩大主流技術(shù)路線應(yīng)用和推廣的角度來看，我國所取得的進(jìn)展和成果主要分散在無害化處理、資源化回收、能源化利用技術(shù)、設(shè)備和產(chǎn)品的單元節(jié)點或局部環(huán)節(jié)，主流技術(shù)路線的全鏈條應(yīng)用和推廣、處理和處置的有效銜接等方面仍面臨一些問題。
1 “厭氧消化/好氧發(fā)酵+土地利用"技術(shù)路線
在污泥最終去向上，國內(nèi)專家意見趨向一致：穩(wěn)定無害的污泥宜回歸土地，充分利用有機質(zhì)彌補我國土壤“營養(yǎng)”的嚴(yán)重缺失?？傮w來看，土地利用、焚燒后建材利用和填埋這三種污泥處置方式中，土地利用的資源化意義最大，但綜合難度也最高。這個難度主要在于認(rèn)知、政策和監(jiān)管，其次是處理和處置銜接技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)方面的不足。
在土地利用之前，污泥需要進(jìn)行穩(wěn)定化處理和處理產(chǎn)物的產(chǎn)品化。穩(wěn)定化處理的主流技術(shù)是厭氧消化和好氧發(fā)酵。經(jīng)過“十二五”的研發(fā)和實踐，我國在厭氧消化和好氧發(fā)酵方面形成了諸多適合國情和泥質(zhì)的技術(shù)成果。針對傳統(tǒng)污泥厭氧消化存在生物轉(zhuǎn)化難、消化效率低和運行效益差三大瓶頸問題，我國自主開發(fā)了漿化一水熱預(yù)處理、高含固厭氧消化和協(xié)同厭氧消化技術(shù)㈣，形成了適合我國污泥泥質(zhì)的高級(協(xié)同)厭氧消化技術(shù)體系，并在長沙、鎮(zhèn)江等地實現(xiàn)了集成和工程應(yīng)用;針對傳統(tǒng)粗放型好氧發(fā)酵普遍存在的臭氣等工藝控制不到位的問題，以集約化、高效率、智能控制為導(dǎo)向進(jìn)行研發(fā)，形成了膜覆蓋、智能一體化、滾筒動態(tài)高溫好氧發(fā)酵技術(shù)和設(shè)備。
此外，好氧發(fā)酵、厭氧消化，以及穩(wěn)定化產(chǎn)物的質(zhì)量控制均形成了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，包括：《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥好氧發(fā)酵技術(shù)規(guī)程》(T/CECS536—2018)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥厭氧消化技術(shù)規(guī)程》(T/CECS496--2017)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T510—2017)。在穩(wěn)定化工藝的設(shè)計、建設(shè)、運行管理、穩(wěn)定化產(chǎn)物性狀控制等方面均有據(jù)可依。
在污泥穩(wěn)定化產(chǎn)物或產(chǎn)品的土地利用方面，根據(jù)利用方向和功能，污泥處理產(chǎn)物或產(chǎn)品的土地利用通常用于農(nóng)用、園林綠化、育苗基質(zhì)和受損土壤修復(fù)。目前，業(yè)內(nèi)對污泥處理產(chǎn)物土地利用的處置方式認(rèn)同度是比較高的。但是，污泥處理產(chǎn)物土地利用是一個跨行業(yè)的行為，在技術(shù)和管理上都存在瓶頸問題。我國近幾年取得了階段性突破，產(chǎn)生了部分成功案例，如高級厭氧消化沼渣經(jīng)干化后用于“移動森林”培育、好氧發(fā)酵產(chǎn)物制成多種園林綠化基質(zhì)等，但在全國范圍內(nèi)并未形成順暢的機制。在技術(shù)層面，有待突破基于土地利用需求的污泥處理產(chǎn)物特性評價技術(shù)和污泥穩(wěn)定化產(chǎn)品再加工技術(shù)。以往對于污泥處理環(huán)節(jié)的評價主要著眼于處理工藝本身，忽視了處理后產(chǎn)物的處置需求，從處置出發(fā)重新定義處理環(huán)節(jié)、評價處理產(chǎn)物，在穩(wěn)定化處理與不同的土地利用處置方式之間架起橋梁，將成為打通土地利用出路必不可少的一環(huán)，因此也是該領(lǐng)域后續(xù)研究的重要方向;污泥經(jīng)處理后進(jìn)行土地利用，處理技術(shù)狹義上指污泥的穩(wěn)定化和無害化處理，其主要目的是解決污泥中的污染物問題，廣義上還應(yīng)包括處理產(chǎn)物后續(xù)的再加工技術(shù)，其主要目的是使產(chǎn)品特性符土地利用市場化的要求。將污泥處理和產(chǎn)物加工進(jìn)行分類明確，基于土地利用的目的將污泥處理產(chǎn)物進(jìn)行再加工，生產(chǎn)土地利用系列產(chǎn)品，對土地利用的產(chǎn)業(yè)化和市場化尤為重要，是形成跨行業(yè)解決途徑的重要環(huán)節(jié)。
在污泥處置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方面，已有標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T23486--2009)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》(CJ/T309—2009)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置林地用泥質(zhì)》(CJ/T362—2011)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)》(GB/T24600--2009)對重金屬等污染物和養(yǎng)分限值進(jìn)行了較為詳細(xì)的規(guī)定，有助于污泥產(chǎn)品規(guī)范化土地利用。《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策(試行)》側(cè)重于污泥土地利用途徑的環(huán)境污染評價與防控;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南(試行)》對污泥土地利用的主要污染環(huán)節(jié)點和對應(yīng)的控制措施做了較為詳細(xì)的說明。《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理技術(shù)規(guī)程(CJJ131—2009)》則指導(dǎo)了土地施用的前期調(diào)查、篩選和方案確定。以上技術(shù)政策和標(biāo)準(zhǔn)對土地利用的泥質(zhì)要求、重點關(guān)注的環(huán)境風(fēng)險、方案設(shè)計做出了操作層面的規(guī)定。從土地利用的視角縱觀上述標(biāo)準(zhǔn)，目前，在全鏈條推廣的技術(shù)支撐方面，主要不足在于穩(wěn)定化產(chǎn)物產(chǎn)品化環(huán)節(jié)缺乏指導(dǎo)，現(xiàn)有的處理標(biāo)準(zhǔn)與處置泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)間還缺乏銜接和融合。
總體上，對于“厭氧消化/好氧發(fā)酵+土地利用”技術(shù)路線，“穩(wěn)定化處理”已不再是該路線的技術(shù)短板，處理和處置的銜接技術(shù)和相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)仍是制約性因素。目前，較為敏感的農(nóng)用仍未“解禁”，但污泥土地利用還有園林綠化、土壤修復(fù)改良等多種去向，需求量較大。隨著未來穩(wěn)定化產(chǎn)物的產(chǎn)品化技術(shù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完善，支持性政策和管理辦法的出臺，以及業(yè)內(nèi)外對于污泥產(chǎn)品土地利用認(rèn)知的轉(zhuǎn)變，“厭氧消化/好氧發(fā)酵+土地利用”技術(shù)路線將有望打開局面，得到更大范圍地推廣。
2 “干化焚燒+灰渣填埋或建材利用"技術(shù)路線
相比土地利用，污泥“干化焚燒+灰渣填埋或建材利用”技術(shù)路線在應(yīng)用推廣的難度上小一些。人口密集、污泥產(chǎn)量集中而無害化處置壓力大、經(jīng)濟發(fā)達(dá)、土地資源緊缺的沿海城市，往往傾向于選擇該技術(shù)路線。當(dāng)污泥泥質(zhì)不佳或土地利用受限時，高有機質(zhì)污泥進(jìn)行焚燒，一定程度上將污泥中的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量進(jìn)行了利用，焚燒后污泥量顯著減小，降低了處置壓力。
從“十二五”的工程實踐來看，污泥單獨焚燒在技術(shù)上已比較成熟，國產(chǎn)化圓盤、槳葉等干燥設(shè)備和流化床焚燒爐的市場占有率顯著提升，在干化焚燒工程的設(shè)計和運行方面也積累了一定經(jīng)驗。在標(biāo)準(zhǔn)方面，《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨焚燒用泥質(zhì)》(GB/T 24602--2009)規(guī)定了進(jìn)行焚燒的污泥應(yīng)滿足的泥質(zhì)要求;《城鎮(zhèn)污水污泥流化床干化焚燒技術(shù)規(guī)程》(CECS 250：2008)著重規(guī)定了流化床干化和流化床焚燒在運行方面的要求;《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范)(JB/T11826--2014)對污泥焚燒在設(shè)計、施工和驗收方面的核心性技術(shù)要求作出了規(guī)定。上述標(biāo)準(zhǔn)為技術(shù)應(yīng)用提供了必要支撐。然而，總體上，“干化一焚燒一產(chǎn)物處置”在全鏈條上仍需要朝“綠色、低碳、循環(huán)”進(jìn)一步靠攏，焚燒工藝設(shè)計、運行的合理性、二次污染控制機制和方法、整體集成化水平等還有待提升。
污泥焚燒在美國、日本，以及歐洲地區(qū)等發(fā)達(dá)國家是比較成熟的熱化學(xué)處理技術(shù)。但我國泥質(zhì)特征與發(fā)達(dá)國家差異較大，對污泥焚燒的合理設(shè)計和穩(wěn)定運行提出了更高的要求。主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，我國污泥的揮發(fā)性固體比例普遍低于發(fā)達(dá)國家，在同樣的含水率水平下熱值也相對較低，因此，污泥焚燒前的預(yù)處理和焚燒后的余熱利用工藝有別于大部分國外相關(guān)工藝，無法照搬國外的經(jīng)驗；第二，我國污水和污泥處理領(lǐng)域的發(fā)展滯后于發(fā)達(dá)國家，目前正處于快速發(fā)展時期，由于規(guī)劃、提標(biāo)改造、提質(zhì)增效等因素，某個設(shè)計片區(qū)的污泥量和泥質(zhì)變化常常大于設(shè)計預(yù)期，顯著增大了合理設(shè)計和穩(wěn)定運行的難度；第三，我國污泥含砂量較高，對污泥干化、焚燒，以及相關(guān)附屬設(shè)備或原件的抗磨蝕性能提出了更高的要求，造成國外成熟設(shè)備在我國的適用性降低。“十二五”是我國對污泥焚燒技術(shù)引進(jìn)吸收的階段，近年來，各地的焚燒工程普遍在進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。
此外，污泥單獨焚燒存在投資運營要求高、尾氣處理、環(huán)評要求高等制約性因素。污泥焚燒在上海、浙江、深圳等地有若干項目，但一直爭議不斷，煙氣的二次污染控制、高能耗、高碳排放是無法回的問題。選址困難是很多大都市建立污泥焚燒設(shè)施的現(xiàn)實難題。焚燒是集中型的廢物處置，它事實上形成了以該點為中心的一個有限區(qū)域內(nèi)的污染物集中排放，生活在該區(qū)域內(nèi)的人們將不可避免地長期受到環(huán)境中污染物濃度不斷提高的困擾，合格的煙氣處理是唯一保障。近幾年新建的污泥焚燒項目，其設(shè)計時的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)均較高，部分指標(biāo)嚴(yán)于歐盟標(biāo)準(zhǔn)，煙氣處理上也是“十八般武藝”上陣。一方面，這是對焚燒污染控制愈加重視的結(jié)果;另一方面，也折射出污染物產(chǎn)生機制和針對性控制方法尚不夠成熟。
相比其他穩(wěn)定化和無害化處理技術(shù)，污泥單獨焚燒還涉及到成本相對較高的問題。在當(dāng)前這個“像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境”、“實行最嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護制度”的時代，環(huán)保問題不能討價還價。但是，當(dāng)前干化焚燒工程的設(shè)計依據(jù)和運行數(shù)據(jù)不透明，報出的成本數(shù)據(jù)千差萬別，無形中干擾了技術(shù)路線的選擇。干化焚燒工程的設(shè)計原則、配置需求、投資和運行成本的合理性需要進(jìn)一步解析和優(yōu)化。
在焚燒灰渣的處置方面，不管是否適于建材利用，目前仍多采用填埋的方式。當(dāng)前，很多城市填埋庫容告急，迫切需求替代性處置途徑。近年來，飛灰的資源化利用越來越受關(guān)注，主要方式包括：挖掘坑填充、土地改良、制磚、混凝土摻合料和瀝青添加劑等。事實上，焚燒灰渣建材利用基本不存在技術(shù)問題，尤其是焚燒灰渣制磚、制水泥等傳統(tǒng)建材化技術(shù)，缺的是以“資源化”為導(dǎo)向的政策和可借鑒的產(chǎn)業(yè)模式。在這方面，各地進(jìn)行污泥焚燒飛灰資源化利用時，應(yīng)首先結(jié)合資源化途徑對飛灰的環(huán)境安全性進(jìn)行評估，并聯(lián)合當(dāng)?shù)氐淖〗?、交通等相關(guān)管理部門共同確定資源化處置方案。
已有的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置水泥熟料生產(chǎn)用泥質(zhì))(CJ/T314--2009)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置制磚用泥質(zhì)》(GB/T25031一2010)主要是針對濕污泥和干化污泥直接進(jìn)行協(xié)同處置的情況。其中，對于污染物控制的規(guī)定，焚燒灰渣用于制水泥和制磚同樣需要滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，但還缺少針對焚燒灰渣性質(zhì)進(jìn)行建材化工藝調(diào)控方面的內(nèi)容。事實上，同“厭氧消化/好氧發(fā)酵+土地利用”技術(shù)路線在這方面的問題一樣，污泥干化焚燒處理和產(chǎn)物資源化處置在銜接方面也需要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的支撐。
總體來說，隨著研究的深人和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，污泥焚燒在設(shè)計、運行和調(diào)控方法上將逐漸優(yōu)化，能耗水平將進(jìn)一步降低，污染機制和控制技術(shù)逐漸成熟，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也會日趨完善，污泥“干化焚燒+灰渣填埋或建材利用”技術(shù)路線在我國沿海城市需求較高，目前正在進(jìn)人長足發(fā)展時期。
3展望與結(jié)語
綜上所述，自“十二五”以來，我國在污泥處理處置技術(shù)領(lǐng)域的實踐活動和進(jìn)展具有幾個顯著特征：
(1)緊密圍繞我國國情。“我國國情”即與歐美等大部分發(fā)達(dá)國家相比，我國人口眾多、環(huán)境壓力突出、人均資源短缺、環(huán)境承載能力不足，這決定了適用于我國的污泥處理處置技術(shù)需具備集約、高效和穩(wěn)定的特征，一些地廣人稀的發(fā)達(dá)國家的成熟技術(shù)不一定適用于我國。
(2)緊密圍繞我國泥質(zhì)特征。我國“泥質(zhì)特征”即高含砂、低有機質(zhì)、部分區(qū)域重金屬等污染物濃度超標(biāo)，這決定了發(fā)達(dá)國家的成熟技術(shù)和設(shè)備在我國應(yīng)用必然存在許多問題：如工藝性能下降、設(shè)備壽命顯著降低、運行穩(wěn)定性難以保障等;也決定了技術(shù)路線的選擇必須因地制宜、多樣并存。
(3)緊密結(jié)合未來發(fā)展趨勢。所謂“發(fā)展趨勢”，即認(rèn)識到資源循環(huán)的大趨勢，以及我國泥質(zhì)的變化趨勢，如管網(wǎng)完善有利于有機質(zhì)比例升高，源頭控制有利于重金屬等污染物濃度降低，將更有利于資源和能源回收利用。
但是，也必須意識到，我國污泥處理處置技術(shù)路線在全鏈條集成推廣方面還存在制約性因素。其中，科技因素主要有兩點：
(1)主流技術(shù)路線在工程應(yīng)用過程中集成化水平較低，缺乏包括物質(zhì)流與能量流的優(yōu)化分配、設(shè)備的銜接與選型匹配、流程控制與優(yōu)化等集成研究。
(2)我國在污泥處理處置領(lǐng)域存在重“處理”、輕“處置”的問題，污泥穩(wěn)定化處理與安全處置之間銜接不足，污泥出路問題尚未解決，產(chǎn)業(yè)鏈不通暢。
因此，基于我國城市污泥處理處置的現(xiàn)有基礎(chǔ)，對照我國污泥處理處置的目標(biāo)和任務(wù)，迫切需要針對主流處理技術(shù)與資源化處置路線的應(yīng)用現(xiàn)狀和全鏈條銜接集成瓶頸開展研究，以推動我國污泥處理處置技術(shù)、裝備和產(chǎn)業(yè)的全鏈條能力提升。
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